Hvad er gæring? Alkoholgæring og mælkesyregæring forklaret

Gæring er en af de vigtigste biologiske processer, du skal kende til biologi, og du møder den faktisk i din hverdag hele tiden: i brødet du spiser om morgenen, i yoghurten på dit mellemmåltid og i de boblende reaktioner, der får gærceller til at omdanne sukker til alkohol og CO2. Men hvad er gæring egentlig, og hvad sker der inde i cellerne? I denne artikel får du en grundig forklaring på gæring i biologi: definitionen, glykolysen som første trin, alkoholgæring og mælkesyregæring samt de vigtigste forskelle fra aerob respiration.

Gæring er et centralt emne på alle biologiniveauer, fra folkeskolens naturvidenskab til gymnasiets biologi B og A. Uanset om du skal til prøve snart eller bare vil have styr på de basale begreber, finder du herunder en klar og overskuelig gennemgang med reaktionsligninger, trin-for-trin-forklaringer og en quiz, der hjælper dig med at teste din viden.

Hvad er gæring?

Gæring kaldes også fermentering, og de to begreber bruges i biologien nærmest synonymt. Ifølge lex.dk's artikel om fermentering er fermentering de processer, hvorunder levende celler frigør kemisk energi fra sukkerarter eller andre organiske molekyler under iltfri eller næsten iltfri betingelser. Gæring finder sted i cellernes cytoplasma og kræver ikke mitokondrier.

Det er ikke kun gærceller, der kan udføre gæring. Muskelceller, mange bakterier og andre celletyper kan alle lave gæring, når der ikke er ilt nok til rådighed. Resultatet er altid det samme: glukose nedbrydes kun delvist, og der dannes et organisk restprodukt med energi gemt i sig. Processen er altså en ufuldstændig oxidation af glukose og adskiller sig markant fra aerob respiration, hvor glukose nedbrydes fuldstændigt til CO2 og H2O.

Glykolysen: det første trin i gæring

Glykolyse er det første trin i både gæring og aerob respiration, og det foregår i cellens cytoplasma uden brug af ilt. Her omdannes ét glukosemolekyle til to molekyler pyruvat, og processen giver en nettomæssig gevinst på to ATP-molekyler og to NADH-molekyler. Glykolysen er fælles for gæring og respiration, men det er, hvad der sker med pyruvat bagefter, der adskiller de to processer.

Under aerobe forhold transporteres pyruvat ind i mitokondrierne, hvor det indgår i citronsyrecyklussen og elektrontransportkæden og giver op til 30 ATP pr. glukosemolekyle. Under anaerobe forhold er der ikke ilt til at oxidere NADH tilbage til NAD+ i respirationskæden. Uden NAD+ kan glykolysen ikke fortsætte. Det er her gæring spiller sin rolle: ved at omdanne pyruvat til et organisk restprodukt regenereres NAD+, så glykolysen kan køre videre.

1. 1

   Glukose aktiveres

   To ATP investeres for at phosphorylere glukose til fruktose-1,6-bisfosfat. Cellen betaler altså energi for at sætte processen i gang.

2. 2

   Spaltning

   Fruktose-1,6-bisfosfat spaltes til to 3-kulstofsmolekyler: glyceraldehyd-3-fosfat.

3. 3

   Energiudvinding

   De to glyceraldehyd-3-fosfat-molekyler omdannes til pyruvat. Der dannes 4 ATP og 2 NADH.

4. 4

   Nettoudbytte

   Samlet nettoudbytte pr. glukosemolekyle: 2 pyruvat + 2 ATP (netto) + 2 NADH. Pyruvat går videre til enten gæring eller aerob respiration.

Alkoholgæring: ethanol og CO2

Alkoholgæring er den gæringstype, vi kender fra ølbrygning, vinproduktion og bagning af brød med gær. Den udføres primært af gærceller som Saccharomyces cerevisiae. Under alkoholgæring omdannes pyruvat fra glykolysen i to trin: først fraspaltes CO2, og der dannes acetaldehyd. Dernæst reduceres acetaldehydet til ethanol, og NADH oxideres til NAD+. Regenereringen af NAD+ er afgørende, for uden NAD+ kan glykolysen ikke fortsætte.

Det er kuldioxiden fra alkoholgæringen, der gør gærbrød luftigt: gasbobler skaber de små hulrum, du ser i brødets krumme. I ølbrygning er både ethanolen og CO2 vigtige slutprodukter, og gæringen varer typisk 3 til 10 dage ved temperaturer mellem 10 og 25 grader Celsius, afhængigt af øltypen.

Mælkesyregæring: laktat i muskler og fødevarer

Mælkesyregæring er den gæringstype, dine muskelceller bruger under intens fysisk aktivitet, fx sprint, når ilttilførslen ikke kan følge med energibehovet. Den udføres også af mælkesyrebakterier som Lactobacillus og Streptococcus, der bl.a. bruges til at fremstille yoghurt, ost og surkål. Ved mælkesyregæring omdannes pyruvat direkte til mælkesyre (laktat) i ét enzymatisk trin, koblet til oxidationen af NADH til NAD+. Reaktionen katalyseres af enzymet laktat-dehydrogenase.

Det er mælkesyreophobningen i dine muskler, der giver den brændende fornemmelse, du kender fra et hårdt løb eller en intens styrketræning. Din lever kan efterfølgende omdanne mælkesyre tilbage til glukose i en energikrævende proces kaldet Cori-cyklussen. Modsat alkoholgæring dannes der ikke CO2 ved mælkesyregæring, og restproduktet er altså udelukkende mælkesyre.

Gæring vs. aerob respiration: hvad er forskellen?

Det er vigtigt at skelne klart mellem gæring og aerob respiration. Begge processer starter med glykolysen, men de adskiller sig markant i, hvad der sker med pyruvat bagefter, og specielt i, hvor meget energi de frigiver. Se sammenligningen herunder.

Gæring i hverdagen: eksempler på alkohol- og mælkesyregæring

Gæring bruges i mange af de fødevarer og drikkevarer, vi kender fra hverdagen. Ølbrygning og vinproduktion er klassiske eksempler på alkoholgæring, og ifølge lex.dk om fermentering har fermentering til fremstilling af øl og vin en dokumenteret historie på tusinder af år: de ældste skriftlige beretninger om ølbrygning stammer fra Egypten for over 5.000 år siden. I gærbrød er det kuldioxiden fra gærcellernes alkoholgæring, der får dejen til at hæve og brødet til at blive luftigt.

Mælkesyregæring er grundlaget for en lang række mejeri- og grøntsagsprodukter. Yoghurt, ost, kefir, surkål og kimchi er alle lavet med mælkesyrebakterier, der gærer sukker til mælkesyre. Det sænker pH-værdien, konserverer produktet naturligt og giver den karakteristiske syrlige smag. I industriel sammenhæng bruges fermentering også til at producere insulin, antibiotika og andre vigtige biologiske stoffer, bl.a. ved hjælp af gensplejsede mikroorganismer.

Typiske fejl om gæring